(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211010104.1 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 李正伟　王海曦　冯夏庭　梅诗明　 黄川圆　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李珉 (51)Int.Cl. G01N 1/28(2006.01) G01N 3/08(2006.01) G01N 3/06(2006.01) (54)发明名称 一种用于物理模型试验的深部岩体封闭应 力构建方法 (57)摘要 本发明提供一种用于物理模型试验的深部 岩体封闭应力构建方法， 涉及相似物理模型试验 技术领域。 该方法首先通过膨胀材料和透水层制 备封闭应力产生元件， 并测试封闭应力产生元件 的性能， 优化封闭应力产生元件的设计， 获得满 足试验要求的封闭应力产生元件； 再在物理模型 中根据试验要求安装封闭应力产生元件， 布置应 力和应变测量装置， 用于测量封闭应力产生元件 激发时产生的应力及物理模型的应变； 最后对物 理模型试样施加真三向边界应力， 评估封闭应力 产生元件的激发与封闭应力的产生效果。 该方法 通过封闭应力产生元件的不同组合形式， 可以实 现同一物理模型试样内部不同方向、 不同量值、 不同作用空间的封闭应力构建。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115389286 A 2022.11.25 CN 115389286 A 1.一种用于物理模型 试验的深部岩体封闭应力构建方法， 其特 征在于： 制备封闭应力产生元件； 测试封闭应力产生元件的性能， 优化封 闭应力产生元件的设计， 获得满足试验要求的 封闭应力产生元件； 在物理模型中根据试验要求 安装封闭应力产生元件； 在物理模型中布置应力和应变测量装置， 用于测量封闭应力产生元件激发时产生的应 力及物理模型的应 变； 评估封闭应力产生元件的激发与封闭应力的产生效果。 2.根据权利要求1所述的一种用于物理模型试验的深部岩体封闭应力构建方法， 其特 征在于： 所述封闭应力产生元件设置在物理模型内部， 包括环形刚性圈， 膨胀材料， 透水层， 隔水薄膜和激发管路； 所述环形刚性圈与隔水薄膜将膨胀材料和透水层整体包裹； 所述膨 胀材料与透水层相间布置； 所述激发管路， 设置在环形刚性圈上端边缘位置， 并引出至物理 模型外部， 用于激发封闭应力产生元件时水的注入。 3.根据权利要求2所述的一种用于物理模型试验的深部岩体封闭应力构建方法， 其特 征在于： 所述环形刚性圈为金属材质的刚性圆环， 用于限制膨胀材料激发后的侧向变形， 使 得膨胀材 料膨胀产生的局部应力沿着圆环的中心轴线方向作用； 所述膨胀材料， 为硫铝酸钙膨胀剂， 用于激发后产生膨胀力， 以实现局部封闭应力的模 拟； 所述透水层， 采用石英砂， 用于保证膨胀材 料激发时与水的均匀接触； 所述隔水薄膜， 为聚乙烯薄膜， 用于隔离物理模型相似材料与封 闭应力产生元件内部 的膨胀材 料， 避免膨胀材 料在物理模型相似材 料水化的过程中提前激发。 4.根据权利要求3所述的一种用于物理模型试验的深部岩体封闭应力构建方法， 其特 征在于： 所述测试封闭应力产生元件的性能的具体方法为： 利用岩石膨胀压力试验仪对制备的封闭应力产生元件进行性能测试， 获得不同膨胀 材 料层数、 厚度、 透水层参数、 注水量、 注水速率及反应时间与膨胀应力产生之间的定量关系； 优化封闭应力产生元件的设计， 获得满足试验要求的封闭应力产生元件。 5.根据权利要求4所述的一种用于物理模型试验的深部岩体封闭应力构建方法， 其特 征在于： 所述在物理模型中根据试验要求 安装封闭应力产生元件的具体方法为： 根据物理模型试验的实 际需求， 在物理模型试样的制作过程中， 在拟构建封 闭应力的 位置安放封闭应力产生元件， 并根据拟构建封闭应力的大小和方向， 选择不同的封闭应力 产生元件组合形式及安装方向； 将封闭应力产生元件的激发管路引至物理模型 试样外部。 6.根据权利要求5所述的一种用于物理模型试验的深部岩体封闭应力构建方法， 其特 征在于： 所述测量封闭应力产生元件激发时产生的应力及物理模型的应 变的具体方法为： 在封闭应力产生元件应力作用方向上安装压力盒， 并在压力盒外侧一定距离 内布置分 布式应变传感光纤； 压力盒用于测 量封闭应力产生元件产生的应力； 分布式应变传感光纤 用于测量物理模型产生的应 变。 7.根据权利要求6所述的一种用于物理模型试验的深部岩体封闭应力构建方法， 其特 征在于： 评估封闭应力产生元件的激发与封闭应力产生效果的具体方法为： 完成物理模型试样的构建与养护， 对物理模型试样施加真三向边界应力， 通过在试样权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115389286 A 2端部设置减摩材料来减小加压 设备与物理模型加载时的摩擦， 在物理模型试样内部构建准 均匀的人工应力场； 通过激发管路， 向封 闭应力产生元件注入水， 按照获得的注入参数与封 闭应力的关系 控制注入速率、 注入量与反应时间， 实现封闭应力产生元件的有效激发； 读取设置在封闭应力产生元件位置的压力盒测量的应力数据， 监测分布式应变传感光 纤测量的应 变数据， 评估物理模型 试样内部局部 封闭应力的产生效果是否满足设计要求。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115389286 A 3